南京市2015年空气质量与气象要素的关系分析

论文总字数：15696字

目 录

1 引言 …………………………………………………………………1

2 资料和方法 …………………………………………………………2

2.1 资料 ……………………………………………………………………………………2

2.1.1 空气质量指数（AQI）…………………………………………………………2

2.1.2 PM2.5和PM10 ………………………………………………………………3

2.2 方法 ……………………………………………………………………………………3

2.2.1 灰色关联分析法…………………………………………………………………3

2.2.2 Pearson相关系数法 ……………………………………………………………4

3 结果和讨论 …………………………………………………………4

3.1 灰色关联分析法 ………………………………………………………………………4

3.1.1 空气质量与日平均气象要素的关系 ………………………………………4

3.1.1.1 数据处理 ……………………………………………………………5

3.1.1.2 关联系数和关联度的计算……………………………………………7

3.1.2 空气质量与月平均气象要素的关系 …………………………………………8

3.1.2.1 数据处理 ……………………………………………………………8

3.1.2.2 关联系数和关联度的计算 …………………………………………10

3.2 Pearson相关系数法 …………………………………………………………………12

3.3 误差分析 …………………………………………………………………………13

3.3.1 不同尺度下的误差 ……………………………………………………13

3.3.2 不同方法下的误差 ……………………………………………………13

3.4 讨论与对策 …………………………………………………………………………13

4 结论 ……………………………………………………………… 14

参考文献……………………………………………………………… 15

致谢 ………………………………………………………………… 17

南京市2015年空气质量与气象要素的关系分析

杜萌

，China

Abstract: Utilize the data of the daily air quality index, PM2.5 levels and PM10 levels of Nanjing in 2015 published by the air quality testing platform and the data of daily average wind speed, daily average temperature, daily average precipitation, daily average relative humidity and daily mean air pressure synchronous observed by meteorological department, and use the methods of Grey relative analysis and Pearson CorrelationCoefficient to analyze the effective extent of the five meteorological factors, to provide the meteorological basis for the air quality forecast and put forward specific measures to reduce air pollution to a certain extent. The results showed that the air quality of Nanjing in 2005 is general excellent and fine. The air quality is relatively poor in autumn and winter but better in summer. Wind speed is the greatest influence on the air quality in Nanjing city in 2015 among the five meteorological factors, followed by rainfall and air pressure. Relative humidity and temperature in that order.Among them, wind speed is the greatest influence , and should be major considered in the air quality forecast and air pollution meteorological condition forecast. Among them, the higher the air pressure , the worse the air quality. The relation among other meteorological elements and the air quality is the opposite.

Key words: AQI(Air Quality Index)；PM2.5；PM10；meteorological factors；Nanjing

1. 引言

近年来，我国的经济和社会快速发展，随之而来的是空气质量每况愈下，环境污染问题越来越严峻。空气质量的好坏在很大程度上反映了空气污染程度的大小，空气质量与我们的衣食住行和生活健康等等都有着密不可分的关系。越来越多的城市的空气质量日趋下降，严重破坏了生态环境，经济的可持续性发展也受到了严重的打击，人类的健康也面临着愈来愈大的挑战。纵观全国，一线二线城市中，南京首当其冲，并且具有代表性。2015年国务院环境保护部发表声明宣布，在2014年，全国74个大大小小的城市中有且仅有八个（深圳、珠海、福州、海口、拉萨、舟山、惠州和昆明）的空气质量达到了国家标准^[1]，其他的66个城市中都存在或大或小不同程度的污染物浓度超标现象。因此，空气质量和环境污染的问题越来越多的受到国家和广大人民群众的广泛关注，也成为了当今社会的主要问题。

国内和国外许许多多优秀的学者针对空气环境质量恶化的原因做了大量的调查和研究，并得出一些结论。研究发现，随着季节的变化，空气质量的变化也非常明显并且具有一定的特征。邱粲等建立了空气污染指数和气象条件间的季节性回归方程，从而研究空气污染发生时相应的天气情况，发现空气质量的变化情况具有显著的季节性特征，呈现冬季和春季污染天数比秋夏天数多，夏季与秋季的空气质量比春冬的空气质量好的特点^[2]。

杨慧茹等^[3]利用SURFER 软件进行对比分析，发现影响空气质量的污染物中，最主要的污染物为细颗粒物（又称PM2.5），其次为可吸入颗粒物（又称PM10）。人的身体吸入颗粒物后，身体将会受到影响，会使呼吸道的发病率曲线呈明显的上升趋势^[4]。空气质量不除了受污染物（如PM2.5，PM10）本身的影响，还受这些污染物的传播和稀释能力的影响^[5,6]。同时，当地的气象要素对这些污染物的扩散和传播能力大小又有着非常大的作用，众所周知，气象要素的变化会导致污染物的稀释和传播的能力也发生变化，比如风速增加在一定程度生会加快污染物的扩散^[7]。国内外众多研究表明气象条件与大气污染关系密切，如Akpinar等通过对土耳其埃拉泽的大气污染的线性和非线性分析，结合统计学，建立相关模型，发现了气象要素（气压、气温、相对湿度等）与大气污染的关系^[8]。Schafer等分析研究了PM2.5等污染物和气象条件之间的关系^[9]。

我国城市空气质量状况以优、良和轻微污染居多，各城市之间也呈现一定的规律，由南到北、从沿海地区到内陆地区空气质量呈现空气质量逐渐变差的趋势^[10]。我国局地污染和西北内陆地区沙尘传输造成的自然降尘现象成为我国城市空气质量的主要污染来源。同时，人类频繁的活动在极大程度上破坏着城市的空气状况。在我国，区域性或整体性的空气质量状况与影响要素的关系得到了相对广泛的调查与研究，例如，高会旺等利用相关性研究了中国的沿海城市的空气污染指数和气象要素之间的关系^[11]，罗森波等^[12]对广州市10个典型的空气污染过程与各种天气系统和不同气象要素的关系进行了系统性的统计与分析，谢志英等^[13]对北京市近12年来空气污染变化情况及其与气象要素的相关性进行了调查和研究。

空气污染的防治不是单一的防治过程，它的根本途径在于对城市的合理规划，尤为重要的是城市工业区的合理布局、对于燃料结构及燃烧方式的改变、节能减排以及国家政府对低碳生活的宣传与倡导等等，只要空气污染一产生，污染物诸如PM2.5、PM10在大气中的传播、扩散等状态将直接影响到人们的生活和健康。

众所周知，六朝古都南京是江苏省会城市，在地理位置上，南京位于中国东部地区，并处于长江下游地区，是长三角地区重点城市之一。长江穿过城市。南京总面积中，有百分之十一以上为水域。除此之外，南京在气候上属于亚热带季风气候，雨量充沛，并且四季分明，春季风柔日暖，阳光明媚；梅雨时节，持续天阴有雨；夏季骄阳似火，酷热难耐，并且高温多雨；秋天干燥凉爽；冬季寒冷、干燥，温和少雨。南京的春天和秋天较短、冬天和夏天较长，冬天与夏天温度存在显著差异，四个季节各有各的特色，都适合旅游，因此南京成为了旅游胜地。此外，南京也是中国近代工业的摇篮。因此，研究南京的空气质量有着重要的意义。

本篇文章利用灰色关联分析方法和Pearson相关系数法分别对南京市2015年气象要素（气温、降水量、相对湿度、气压、风速）、空气质量指数、PM2.5浓度及PM10浓度的日平均值和月平均值进行分析，讨论影响2015年南京市空气质量的五大气象要素的影响程度大小，从而为空气质量和污染的预报提供可靠的依据，在很大程度上能够减轻空气污染。

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